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CN101705802B - 一种油气井生产段防窜流封隔颗粒 - Google Patents

一种油气井生产段防窜流封隔颗粒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-1.0mm、真实密度为0.8-1.4g/cm3的高分子聚合物颗粒。它在油气井所需填充封隔的空间内充填紧实，几乎没有窜槽，可有效地将油气井封隔成多个相对独立的区域来进行油气井生产，提高油气井生产效率。而且，即使如果有窜槽，携带介质的很小流量的窜流就会带动防窜流封隔颗粒产生移动，往窜槽方向堆积并堆积满窜槽，从而达到很好的防窜流封隔、分段流量控制效果。

Description

一种油气井生产段防窜流封隔颗粒
技术领域
本发明涉及石油和天然气开采领域，具体地说，涉及一种油气井生产段防窜流封隔颗粒。这里的油气井是指油气田开发中广义的生产井，包括油井、气井、天然气井、注入井等。
背景技术
在油气井生产过程中，无论是直井还是水平井，由于油藏的非均质特性，都需要将油气井封隔成多个相对独立的区域来进行生产。这里的油气井生产包括油气井生产过程中流体的产出和注入，如石油开采，或者，如通过油气井向地层注入酸液进行酸化等作业。
将油气井封隔成多个相对独立的区域来进行生产通常采用封隔器将油气井的生产段沿油气井轴向分隔成独立的流动单元、并在每个流动单元安装控制流量的装置，如控制流量的装置可以是控流过滤器等。
本申请人长期致力于油气井生产段的控流和封隔的研究，发现使用封隔器存在很多问题，申请人于2002年12月23日申请了一项发明专利，专利号为02158107.X，发明名称为“细分区段调控地层流体或注入流体流动的油气井完井系统”。(说明：该专利的申请人为北京海能海特石油科技发展有限公司，现北京海能海特石油科技发展有限公司已并入安东石油技术(集团)有限公司。)该专利详细地分析了传统的封隔器的缺陷，在此基础上，公开了一种细分区段调控地层流体或注入流体流动的油气井完井系统。所述完井系统至少由设在油气井内的调流管柱和孔隙介质组成；其中一种调流管柱是具有调控流量装置的过滤器。孔隙介质设在调流管柱外壁和井壁所形成的环形空间内，调流过滤器上设有集流孔和集流空腔，(集流空腔也称为导流层)，该集流孔设在集流空腔的内侧，用于地层流体或注入流体在调流过滤器的内、外侧流动；该集流孔的内侧设有流量调控装置，用于调控地层流体或注入流体从该集流孔的通过。该发明用于对油藏不同位置进行定区段流动状态调控；与传统的封隔器法相比，封隔区段的数量可大幅度增加，封隔的区段更加细化，分层注采、测试、封堵和调剖等井下生产的控制精度提高，特别适用于非均质、多产层油藏的开发，以及其他需要细分井下区段调控流量的场合。
该专利中所述的孔隙介质填充于调流过滤器与井壁之间的空间，起到阻止流体轴向窜流的作用，也就是一定程度上起到封隔作用，就是我们现在所提出的油气井生产段防窜流封隔颗粒。
该专利还公开了所述孔隙介质为松散介质或非松散的多孔介质或其结合。所述的松散介质为地层砂或砾石颗粒或陶瓷颗粒或塑料颗粒或其组合堆积而成。所述的非松散的多孔介质为纤维体或颗粒胶结体或固结的多孔水泥或多孔塑料或其组合形成的胶结介质体。所述的孔隙介质的渗透率为300μm2-10-5μm2。
实际上，在当时的条件下，该专利中只是对孔隙介质的选择提出了一种概念性设想而并没有做出具体的选择，从该专利的3个具体实施例也可以看出这一点，尤其是该专利中虽然提及塑料颗粒及多孔塑料可以作为孔隙介质，但由于塑料的种类繁多、其性能差别很大，塑料加工工艺是否能够满足油气井对生产段防窜流封隔颗粒的性能需求等等，该专利中均未提及。
申请人将提出的专利的构思在实验室加以验证，建立了较适宜的实验装置，并用很多介质进行充填封隔实验，如用石英砂等进行充填封隔实验，在实验过程中申请人发现：由于控流装置的限流作用，石英砂等颗粒充填不实，形成很大的空缺和窜槽。
之后，申请人一直努力寻找具体的油气井生产段防窜流封隔颗粒，封隔介质的选择是一项艰苦卓绝的工作，因为寻求的材料要满足井下高温、高压、高强度挤压力的作用，还需要耐油、耐水，很多情况下还要求耐强酸，而且还要求具有数年到十几年的稳定性。而且还需要便于制造出达到要求的粒径。多年来，申请人一直在坚持不懈地努力着，实验证明绝大多数塑料满足不了油气井对防窜封隔介质的要求。
由于油气井生产的特点，其对封隔介质还有其它苛刻要求：一方面，封隔介质不能堵塞油气井，否则会造成油气井不产液而报废。另一方面，封隔介质的渗透率不能太大、又不能太小，这样才能达到径向阻力小、轴向阻力大而达到阻碍地层流体或注入流体沿油气井轴向流动、同时允许地层流体或注入流体沿油气井径向渗流的目的。这就要求粒径在需要的范围之内。
在实验的基础上，申请人于2008年8月12日，提出了一项新专利，专利号为200810118109.X，专利名称为“一种具有控流功能的水平注采井完井结构”，该专利对申请人在2002年到2008年之间的实验做了一个总结，详细地分析了现有水平井中环形封隔器的缺陷，及以砂子或陶粒作为防窜封隔介质的缺陷，由于砂子或陶粒密度大，在水平注采井中由于控流装置的限流作用，充填流量小填充砂子或陶粒难度大、存在填充不实的问题、达不到防止水或气的轴向窜流的目的。
该专利公开了一种具有控流功能的水平注采井完井结构，包括井壁和控流过滤器，井壁由上升段和水平段组成，控流过滤器位于井壁的水平段内并与井壁固定连接，控流过滤器与井壁之间的空腔内充满有玻璃质的空心颗粒。该专利中所述的玻璃质的空心颗粒即为油气井用防窜封隔介质，该专利还公开了玻璃质的空心颗粒的填充度为80％到100％。玻璃质的空心颗粒为燃烧后形成的粉煤灰中的空心珠或者为人造空心玻璃球。玻璃质的空心颗粒的密度为0.5～1.8g/cm3。玻璃质的空心颗粒的粒径为30um-1000um。
由于封隔颗粒对密度和粒径都有着较高的要求，人造空心玻璃球的造价太大，难以应用于实际中。因而，本申请人随后对粉煤灰中的空心珠作为封隔介质做了大量的实验，实验发现用粉煤灰中的空心珠作为封隔介质仍存在如下问题：
1、实际空心珠的密度大多为0.6g/cm3左右，和水的密度1g/cm3相差约0.4，由于控流过滤器限流量太小，造成携带空心珠的水流动力太小，大多数情况下仍然不能够满足让空心珠充填满的要求。
2、空心珠的耐压性差，空心珠在打压时，会造成50％左右的空心珠破裂，破裂后的空心珠比重大大增加，这样破裂的空心珠会严重地影响油气井生产段防窜流封隔效果。
3、如果要求空心珠的耐压性达到要求，空心珠的粒径就太小，现实中这种空心珠很少，难以满足大多数情况的要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有封隔器或生产段防窜流封隔颗粒存在的缺陷，提供一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，它在油气井存在控流过滤器时，能够被携粒液填充到需要封隔的空间内，并且充填紧实，几乎没有窜槽，结合控流过滤器可有效地将油气井封隔成多个相对独立的区域来进行油气井生产，达到分段流量控制目的，便于流量分段管理，对油气井生产带来好的效果，如提高油气井生产效率等。而且，即使如果有窜槽，生产中的很小流量的窜流就会带动防窜流封隔颗粒产生移动，往窜槽方向堆积从而堵塞窜槽，从而达到很好的控流、防窜流封隔效果。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-1.0mm、密度为0.8-1.4g/cm3的高分子聚合物颗粒。
优选的，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.1-0.5mm、密度为0.94-1.06g/cm3的高分子聚合物颗粒。
进一步优选的，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.1-0.5mm、密度为0.90-0.98g/cm3的聚乙烯颗粒。
更进一步优选的，所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
或者，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-1.0mm、密度为0.96-1.06g/cm3的苯乙烯和二乙烯苯交联共聚物颗粒。
或者，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-1.0mm、密度为0.8-1.2g/cm3的聚丙烯和聚氯乙烯高分子聚合物颗粒。
优选的，所述颗粒为球形颗粒。
本发明所述颗粒密度为颗粒的真实密度，不是颗粒堆积密度。
经过大量的实验，我们发现为了将油气井生产段防窜流封隔颗粒带到需要填充封隔的地方达到封隔目的，需要用水等携带介质，当封隔介质和携带介质具有相接近的密度等性质时，封隔介质就可以很容易地实现封隔目的。
油气井中的携带介质一般为水或水溶液，水的密度为1g/cm3，一般油气井用水溶液的密度也是在1g/cm3左右，因而，本发明选择与水或水溶液的密度相接近的防窜流封隔颗粒，由水或水溶液携带在油气井所需填充封隔的空间内充填紧实，几乎没有窜槽。结合控流过滤器可有效地将油气井封隔成多个相对独立的区域来进行油气井生产，达到流量分段控制目的，便于流量分段管理，对油气井生产带来好的效果，如提高油气井生产效率等。充填过程中，一部分水通过控流过滤器返回地面，一部分水渗入地层，这样，防窜流封隔颗粒堆积满窜槽，从而达到很好的防窜流封隔效果。
而且，生产后即使如果有窜槽，很小流量的轴向窜流就会带动防窜流封隔颗粒产生移动，往窜槽方向堆积并堵塞窜槽，结合控流过滤器实现油气井控流生产目的。
填充在控流过滤器和井壁之间的环空内的防窜流封隔颗粒使流体可以沿着油气井径向渗透。流体在防窜流封隔颗粒中的流动是一种渗流。根据渗流力学原理，渗流阻力的大小与渗流路程成正比，与渗流面积成反比。由于填充防窜流封隔颗粒的形状为长圆筒型，壁厚薄、横断面小、轴向长度大，地层流体在防窜流封隔颗粒中沿油气井轴向窜流的流动阻力很大；而沿油气井径向流动面积大、距离短、流动阻力很小。沿油气井轴向流动数米至数十米的流动阻力比沿油气井径向流动几厘米的流动阻力要大几百倍甚至数千倍，沿油气井轴向流动和沿油气井径向流动的流动阻力的巨大差异，导致在相同压差作用下，沿油气井轴向流动的流量远远小于沿油气井径向流动的流量。这样利用防窜流封隔颗粒在轴向和径向流动阻力的差异性，既能保证流体向沿油气井径向流动的畅通，又限制了流体沿油气井轴向的流动，起到防窜流封隔的作用，达到分段控流生产目的。
本发明所述油气井生产段防窜流封隔颗粒既可以应用于水平井，也可以应用于直井、斜井中，可以填充于井下控流过滤器外的环空内，也可以填充于和井下控流过滤器外的环空相连通的空间，起到防窜流封隔的作用，配合控流过滤器达到分段控流生产的目的。
附图说明
图1为本发明所述油气井生产段防窜流封隔颗粒用于水平井的完井结构中的结构示意图。
图2为本发明所述油气井生产段防窜流封隔颗粒用于直井的完井结构中的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.10-0.15mm、密度为0.92-0.96g/cm3的高密度聚乙烯颗粒。
实施例2
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-0.10mm、密度为0.97-1.10g/cm3的聚丙烯和聚氯乙烯高分子聚合物球形颗粒。
实施例3
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.3-0.7mm、密度为1.0-1.08g/cm3的聚丙烯和丁二烯高分子聚合物球形颗粒。
实施例4
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.3-0.5mm、密度为1.2g/cm3的聚丙烯和丁二烯高分子聚合物球形颗粒。
实施例5
本发明一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.3-0.5mm、密度为0.96-1.06g/cm3的苯乙烯和二乙烯苯交联共聚物颗粒。
实施例6应用例
如图1所示，为应用本发明实施例1所述高密度聚乙烯颗粒封隔的、细分区段调控地层流体或注入流体的油气井完井系统的整体结构示意图。
如图1所示，包括：井壁1和控流过滤器管柱2及悬挂控流过滤器管柱的悬挂封隔器4，先将控流过滤器管柱送到井下生产段，井壁和控流过滤器管柱之间形成环空，然后用水或水溶液将实施例1所述高密度聚乙烯颗粒携带到过滤器外的环空内进行堆积，一部分水流入控流过滤器管柱内带到地面，一部分水渗入地层，高密度聚乙烯颗粒在井壁和控流过滤器管柱之间形成的环空内形成比较结实的防窜流封隔颗粒环3，将悬挂封隔器座封，防止防窜流封隔颗粒随生产时流体的流动流出悬挂封隔器以外。防窜流封隔颗粒环3用于阻碍地层流体或注入流体在该环形空间内沿油气井轴向流动，同时允许地层流体或注入流体沿油气井径向渗流。过滤器管柱是指有一个或一个以上的过滤器串接而成的管柱。
同样，本发明所述油气井生产段防窜流封隔颗粒也可以应用于直井、斜井中。如图2所示。图2中，1为井壁，2为控流过滤器管柱，4为悬挂控流过滤器管柱的悬挂封隔器，3为填充于井壁和控流过滤器管柱之间的环空内的防窜流封隔颗粒环。
本申请人通过实验装置实验暴露问题，找到解决问题的方法，验证解决的效果，达到生产要求。本申请人的实验是一个艰难而漫长的过程，自2002年至今，一直在坚持不懈地努力着，本申请人在实验过程中所遇到的问题不是众所周知的问题，找到的可行的方法也不是众所周知的方法。目前国内外就申请人一家在做、并一直坚持着做这方面的研究，期求寻找到最佳油气井生产段防窜流封隔颗粒。
本发明所述的生产段是一种广义的生产段，生产段的长度范围中可能存在不能流动的区段，如隔层，夹层，套管固井后未射孔的区段。
本发明中所述的控流过滤器管柱上有过滤段和盲段，过滤段和盲段是相间的。盲段是壁面上没有孔的管子。盲段外的防窜流封隔颗粒环起主要的防轴向窜流的作用。盲段的提供来源于两个方面，一方面实际中每一个过滤器就有过滤段和盲段，盲段在过滤器两端并带有丝扣，井上拧扣连接过滤器时，盲段是卡钳子的地方。另一种情况盲段是在两过滤器之间加接的。对于控流过滤器管柱较长的情况，控流过滤器管柱是多个控流过滤器串接而成的。
本发明所述的防窜流封隔颗粒优选圆形。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种油气井生产段防窜流封隔颗粒，其特征在于：所述防窜流封隔颗粒为平均粒径为0.05-1.0mm、真实密度为0.96-1.06g/cm3的苯乙烯和二乙烯苯交联共聚物颗粒。
2.如权利要求1所述的油气井生产段防窜流封隔颗粒，其特征在于：所述颗粒为球形颗粒。
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